论文题目: 数控高速铣齿机床结构有限元分析及优化研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 陈生华
导师: 黄筱调
关键词: 铣床,有限元法,模态分析,静力分析,动态分析,优化设计
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在机床结构设计中,以现代有限元方法和模态分析理论为支撑的现代设计方法,已经成为现代机床设计发展的必然趋势。本文所研究的高速铣齿机床具有较高的切削速度和较大的切削用量,这就要求设计出的机床具有合理的结构配置和优良的动静态性能。此外,该机床属于单件生产,在图纸设计阶段就必须保证机床的工作性能满足以上的要求。机床在设计初期运用模态分析理论和有限元理论,建立了机床结构的有限元模型。在对有限元模型进行计算的基础上,通过对机床结构的改进使设计出的机床零件及整机具有较高的静刚度和动态特性。这些新技术的研究和应用,对新机床工作性能的改善、加工精度的提高、开发周期的缩短和开发成本的降低无疑是十分重要的。 本文主要工作如下: (1)将基于Pro/E建立机床零件的实体模型导入有限元分析软件ANSYS中。建立了零件的有限元模型,并对其进行了静力计算和模态分析。通过计算,得出初步设计出的机床结构具有较高的静刚度和动态性能。在立柱模态计算中,单元数目的适当增加能够提高固有频率的计算精度。 (2)通过改变立柱内部筋板的布局和厚度来研究其对立柱动态性能的影响。比较ANSYS的计算结果,得出立柱内部筋板的布局和厚度对立柱动态性能有着显著的影响。 (3)完成了机床整机的有限元模型的建立。通过静力计算,得出机床整机的应力和应变云图。与立柱在独立计算时的结果相差4.5%,比较得出整机计算施加的外部载荷简单而且较准确,从而提高计算精度。 (4)建立了机床部分经典结合部的等效动力学模型,并确定了其中的动力学参数。在此基础上,建立了机床整机的有限元动力学模型。通过对机床整机有限元模型的模态分析,得出机床整机的薄弱环节在结合面处,提高结合部的刚度能够有效地提高整机的动态性能。 (5)将有限元分析方法和最优化理论相结合,对机床传动轴进行了优化设计。对于一些结构简单的机床零件,采用该方法能够找到机床零件的最佳结构。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1．1 选题的目的和意义
1．2 国内外的研究动态
1．3 本文的研究内容
第2章 机械结构动态分析理论及软件基础
2．1 结构模态分析
2．1．1 结构模态分析的概念
2．1．2 模态分析理论
2．2 有限元方法及其在机械结构分析中的应用
2．2．1 有限元方法概述
2．2．2 有限元方法的基本解题步骤
2．2．3 机械结构动力分析的有限元法
2．3 建模软件介绍
2．3．1 ANSYS软件概述
2．3．2 Pro/ENGINEER软件概述
第3章 机床零件的计算和分析
3．1 建模方法的选择
3．2 机床零件有限元模型的基本假设
3．3 立柱的有限元静力分析
3．3．1 立柱基本结构和受力
3．3．2 立柱有限元模型的建立
3．3．3 立柱有限元模型的计算和分析
3．4 立柱的模态分析
3．4．1 立柱有限元模型在自由状态下的模态分析
3．4．2 立柱在实际工作条件下的有限元模态计算
3．4．3 立柱与床身的联接螺栓数目对立柱动态性能的影响
3．5 高速铣齿机床床身的有限元计算和分析
3．5．1 床身的静刚度计算和分析
3．5．2 床身自由模态分析
3．5．3 单元大小对床身固有频率的影响
3．6 本章小结
第4章 铣齿机床主要零件间结合部的有限元建模
4．1 螺栓结合部等效动力学模型
4．1．1 螺栓力学模型的建立
4．1．2 影响螺栓结合部等效动力学参数的因素
4．1．3 螺栓结合部等效动力学参数的确定
4．2 立柱和床身装配体的模态分析
4．2．1 立柱和床身螺栓结合部等效动力学建模
4．2．2 螺栓结合面等效动力学参数的确定
4．2．3 立柱和床身装配体的自由模态计算和分析
4．3 机床导轨结合部动力学模型
4．3．1 机床导轨结合部动力学模型的建立
4．3．2 导轨结合部等效动力学参数的确定
4．4 本章小结
第5章 高速铣齿机床整机静、动态性能分析
5．1 铣齿机床整机的有限元静力学计算
5．1．1 机床结合面问题的处理
5．1．2 建立导轨结合部力学模型以及确定结合部特征参数
5．1．3 铣齿机床整机静力学计算
5．1．4 机床整机和单个零件的静力学计算结果比较分析
5．2 铣齿机床整机模态分析
5．3 本章小结
第6章 机床零件的优化设计
6．1 引言
6．2 选型优化法
6．3 机床立柱的选型优化设计
6．3．1 纵向筋板布置对立柱动态性能的影响
6．3．2 水平筋板的布局对立柱动态性能的影响
6．3．3 筋板厚度对立柱动态性能的影响
6．4 基于ANSYS软件的优化方法进行优化设计
6．4．1 优化设计的基本理论
6．4．2 ANSYS优化设计方法及流程
6．4．3 水平方向电机变速箱传动轴优化设计
6．5 本章小结
总结
参考文献
附录一
附录二
附录三
发表文章目录
致谢
发布时间: 2005-10-13
参考文献
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